变频电磁除垢适应性分析0305.docx
《变频电磁除垢适应性分析0305.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频电磁除垢适应性分析0305.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
变频电磁除垢适应性分析0305
电磁除垢适应性分析
通过对现今油田污水性质及结垢原理进行研究，发现油田水结垢是个复杂的过程，受许多因素的影响。
对比三大防垢措施，电磁防垢除垢以其投资少、见效快等优点迅速发展并得到了广泛的应用。
对电磁防垢除垢应用情况、实验机理及其作用的影响因素进行了深入研究，为下一步开展防垢除垢试验研究奠定了基础。
所谓结垢就是在一定条件下从流体中析出的固体物质，在管线、设备上或地层内的沉积。
油气处理管线结垢是经常的事，特别是污水管线、脱水器放水管线和注水管线结垢严重。
油田含油污水与其它水混注系统中结晶污垢的种类很多，其中危害最大的是：
碳酸钙垢，硫酸钙垢和硫酸钡（包括硫酸锶）垢。
一、油田水性质
油田水中的pH值是判断腐蚀与结垢趋势的重要因素之一。
因为某些水垢的溶解度与水的pH值有密切的关系，一般，水的pH值越高，结垢趋势就越大；若pH值较低，则结垢趋势减小。
但结垢与腐蚀往往是一对矛盾，因此结垢趋势减小的同时，水的腐蚀性往往会增加。
大多数油田水的pH值在4～8之间，但由于H2S和CO2都是酸性气体，当它们溶于水中后，能使水的pH值降低。
油田水中通常只含有少数几种水垢，其中，油田污水中最常见、影响最大的水垢是碳酸钙，它在水中的溶解度是很低的，因此在油田水中，十分重要的溶解和沉淀问题就是碳酸钙的溶解平衡。
二、结垢的原因
1．不相容论。
两种化学上不相容的液体相混，因为含有不同离子或不同浓度的离子，就会产生不稳定的、易于沉淀的液体。
2．热力学条件变化论。
当井下热动力条件不变时，即使有不相容离子，且为过饱和溶液，也会处于稳定状态。
在油井生产过程中，和油气水处理管线设备运转过程中，压力下降，温度下降，或流速变化，高矿化度水就会结垢。
对油井来说，一般井下300～400米处结垢最严重，对集输处理管线来说，污水管线结垢最严重，在弯管处，阀门处更易结垢。
3．吸附论。
结垢可分三个阶段：
垢的析出、垢的长大和垢的沉积，垢是晶体结构，管线设备表面是凹凸不平的，是微观的毛糙面，垢离子会吸附在壁面，以其为结晶中心，不断长大，成为坚实致密的垢。
三、影响结垢的因素
1．温度。
温度主要影响盐垢的溶解度。
温度升高，碳酸钙的溶解度降低，因此温度高CaCO3更易结垢，温度升高往往使Ca（HCO3）2分解而结垢。
对石膏垢，温度超过33℃则会结CaSO4垢，温度80℃则会结CaSO4*1/2H2O垢，在37.7℃以上，CaSO4的溶解度比CaSO4*2H2O更小，因此，在较热或较深的井和部位，主要结CaSO4垢。
2．压力。
压力影响CaCO3垢，主要是影响CO2分压，压力降低CO2分压降低，平衡向右移动，使CaCO3更易于沉积。
压力增大，CO2分压增大，CaCO3的溶解度增加，结垢可能性就减小。
3．pH值的影响。
水中CO2含量影响pH值和CaCO3的溶解度，pH值较低，CaCO3沉淀会少，反之，pH值较高，CaCO3沉淀就会多。
对铁化物垢也一样，而对硫酸盐型的垢，pH值影响不大。
4．水中溶盐的影响。
结垢趋势随水中含盐量的减少而增大。
四、油田防垢方法
目前国内外油田采用最多的防垢方法是化学防垢法，近年来出现了物理和工艺的防垢方法。
前者主要是通过稀释方法或加入阻垢剂来防止结垢物质的形成，而后者则是通过造成某种条件或改变外界条件来破坏成垢。
五、变频共振法电磁防垢简介
众所周知，水是由一个氧原子和两个氢原子组成的，通常水中80％的水分子是由氢键缔合成水分子团的形式，这种水分子团对碳酸钙（水垢）的溶解程度较低，使水垢很容易析出，变频共振就是向水中施加一个与其自然频率相同的频率，从而引起水分子产生共振，共振的结果，使氢键断开，使水分子团变成单个的极性水分子，因而提高了水的活化性和对水垢的溶解度，极微小的水分子可以渗透、包围、疏松、溶解、去除热水器、锅炉等热交换系统内的老垢，同时，浮在水中的钙离子和碳酸根离子相互碰撞，形成特殊的文石碳酸钙体，其表面无电荷，因此，不能再吸附在管道上，从而达到除垢、防垢的目的。
由于不同条件下水的温度、硬度、黏度、pH值不同，其内部的自然频率就不同，所以其共振频率也不可能相同。
因此，只有采用变频共振技术，才能确保使任何水质条件下的水分子产生共振，从而达到除垢、防垢的效果。
变频是手段，共振是目的，变化的频率覆盖了所有水质的自然频率，变频的过程，就是寻找水中的自然频率的过程，没有变频，就不能保证对任何水质都能够产生共振，也是说不能保证对任何水质都能达到除垢、防垢的效果。
由此可见，只有“变频共振”式电磁阻垢技术才能避免过去传统的电磁阻垢仪会出现此处有效、彼处无效的情况。
六、电磁处理的阻垢影响因素及其最佳使用条件
1.PH值、硬度对电磁处理阻垢的影响。
溶液的酸度、碱度、硬度对电磁作用的效果有明显的影响，通常认为pH值在7～9，碱度大于硬度时电磁处理防垢的效果才明显。
水中碱度远小于水中硬度时，电磁处理水防垢效果不明显；当水中碱度大于8mg当量时，可考虑采用电磁处理水防垢。
电磁处理后溶液的pH值会发生变化，通常发现pH值是降低的，也有研究发现pH会升高。
将水进行电磁处理后，结垢量随总硬度增加而有峰值出现；当总硬度在250mg/L附近，抑垢率出现极小值，使用电磁处理的水，以pH在8附近为宜，其值过高或过低，均严重影响电磁处理抑垢的效果。
当水中含SO42-时，需要较高的磁场强度才有效果。
2.磁场强度的影响。
电磁场强度是决定电磁处理效果的关键参数之一，电磁场在流体中是呈梯度分布的，通常认为在电磁感应强度为0.6～0.8特拉斯时，最佳的流速为2m/s左右，对特定的流体，电磁场强度与流速的乘积有一最佳值，也有认为是电磁场强度、流速和电磁作用时间的乘积存在一最佳值，电磁场作用的这种不均匀性也决定了电磁处理需要进行循环作用才能保证其作用的效果。
当电磁场与流体的流动方向垂直时，电磁作用最强，效果也最好，故通常采用正交式电磁场。
3.离子的影响
溶液中的离子种类不同电磁处理的效果是不一样的。
研究较多的是CaCO3与CaSO4的影响。
M.米海松34认为电磁场能影响碳酸钙的结晶过程，但对硫酸钙的结晶过程影响较小。
4.作用时间与流速的影响。
电磁处理作用的时间与次数是影响防垢和除垢的重要因素之一。
通常一次通过电磁处理器的防垢效果较差，而循环作用的效果较好。
电磁处理的作用时间与水的流速是紧密相关的，电磁处理存在着最佳流速。
M.米海松认为电磁场强度与水的流速的乘积有一恒定的最佳值。
当电磁处理器电磁场强时，其最佳流速就小；反之亦然。
Ploar公司认为通过电磁处理器的最佳流速为1.5～3.0m/s相应的电磁场强度应达到6000～8000Gs。
目前电磁处理器选择的流速为2m/s左右，但也有选择较高的,如Grutsch等发现碱性冷却循环水,利用电磁处理能成功地控制CaCO3和CaSO4垢的沉积,如采用6m/s的流速就可能抑制垢,并认为通常电磁处理失败的原因是电磁场强度、流速、材料等参数选择不当造成的。
管径与流速、流量对照表
公称通径（mm）
流速（m/s）
0.1
0.3
0.5
1
2
3
4
5
流量（m3/h）
15
0.06
0.19
0.32
0.64
1.27
1.91
2.54
3.18
20
0.11
0.34
0.57
1.13
2.26
3.39
4.52
5.65
25
0.18
0.53
0.88
1.77
3.53
5.3
7.07
8.84
32
0.29
0.87
1.45
2.9
5.79
8.69
11.58
14.48
40
0.45
1.36
2.26
4.52
9.05
13.57
18.1
22.62
50
0.71
2.12
3.53
7.07
14.14
21.21
28.27
35.34
65
1.19
3.58
5.97
11.95
23.89
35.84
47.78
59.73
80
1.81
5.43
9.05
18.1
36.19
54.29
72.38
90.48
100
2.83
8.48
14.14
28.27
56.55
84.82
113.1
141.37
125
4.42
13.25
22.09
44.18
88.36
132.54
176.72
220.89
150
6.36
19.09
31.81
63.62
127.23
190.85
254.47
318.09
200
11.31
33.93
56.55
113.1
226.2
339.29
452.39
565.49
250
17.67
53.01
88.36
176.72
353.43
530.15
706.86
883.58
300
25.45
76.34
127.23
254.47
508.94
763.41
1017.88
1272.35
5.线圈匝数对电磁防垢的影响
从以上图表统计的数据来看，在电压、电流一定的情况下，流体通过不同线圈匝数的磁场，线圈的匝数会影响磁场强度的大小，当线圈匝数为25匝的时候产生的磁场强度，阻垢率最大。
小于或大于25匝效果都有所下降。
因此线圈的缠绕匝数最好为25匝。
6.频率对电磁阻垢效果的影响
频率是电磁场的一个重要参数，也是影响电磁防垢效果的一个重要因素。
不同类型的垢可能会有不同的敏感作用频段。
首先制作一台0-40KHZ的阻垢装置分成6个档位对相同参数的CaCO3垢液进行实验，实验结果见下表：
从上表统计的实验数据来看，当阻垢装置的频率在0-15KHZ范围内的时候，阻垢装置对CaCO3垢液的防垢效果最好。
由于1档、2档电流值太大，长时间运行容易造成元器件损坏，在0-15KHZ范围内通过进一步实验论证当峰峰电压在7.6V,有效电流值为3.84A，阻垢装置产生的效果最好。
7.其他影响因素。
（1）温度：
高分子运动加剧，磁化效率降低，因此处理流体的温度应<149℃。
（2）干扰磁场：
电动机产生的磁场会干扰磁处理，使磁处理的磁场强度减弱，故磁处理器距电机应>0.9m。
对大功率电动机（高压注水泵的电机）距离必须>3m。
（3）振动：
高速叶轮泵会使流体中的矿物质去磁极化，当n=1750转／分时，大多数磁处理9S诱导的磁极化作用会完全消失（去磁极化），因此，磁处理器应安装在泵出口后。
（4）金属材质：
大多数球阀，管接头或设备外壁会使磁性处理的诱导磁场减弱或完全消失，黄铜能使流体去磁极化，应尽量使用铁质部件，磁处理器应距这类部件>1.5m。
（5）影响电磁处理技术使用效果的因素比较复杂，如：
水、电磁场强度、水的流速、电磁场交变切割次数、流水间隙大小及电磁漏的防止等等。
而有关电磁处理技术的理论依据，目前仍在不断研究当中，如果能够了解电磁处理技术的进一步理论，相信必能有助于水处理技术领域的发展。
七、变频电磁除垢与其它方式的比较
八、变频电磁除阻垢的一些注意事项
1.电磁场或电场使水的结垢能力暂时改变，只对水垢的附壁能力作短时间的抑制。
电磁场、电场处理不改变水的成分和化学性质。
电磁场处理的水，仅是暂时失去结硬垢能力，搅拌或鼓气泡可使不结硬垢的时间迅速缩短。
有资料指出，输送电磁处理的水有效距离为8km，亦即为2h。
2.电磁场处理是一种不稳定的、暂时的防止结硬垢的方法。
必须保证所使用的装置有效；必须严格遵守关于热负荷、水温、硬度、铁锰含量等的规定才有效；必须保持足够的排污和保持在一定时间内才有效。
九、安装技术要求
1.现场电源应符合：
220V、50Hz，电压波动不超过±2％。
2.处理液温度不超过90℃。
3.处理液的PH值在7～9之间且碱度大于硬度时，采用此设备能取得较好的效果。
4.处理液流速在1.5～3m/s之间最适合，否则根据现场实际流速需要调整设备功率来增强磁场强度。
5.电动机产生的磁场会干扰磁处理，使磁处理的磁场强度减弱，故缠绕线圈距电机应>0.9m。
对大功率电动机（高压注水泵的电机）距离必须>3m。
6.感应线圈产生的磁场对现场的磁电计量设备会产生影响，故缠绕线圈距磁电计量设备应>2m。
7.高速叶轮泵会使流体中的矿物质去磁极化，因此，磁处理器应安装在泵出口后。
8.大多数球阀，管接头或设备外壁会使磁性处理的诱导磁场减弱或完全消失，黄铜能使流体去磁极化，应尽量使用铁质部件，缠绕线圈应距这类部件>1.5m。
9.主机适宜用膨胀螺栓固定在水泥地面，露天或室内放置均可，主机与感应线圈的距离<3m。
10.缠绕线圈的管段应符合如下要求：
a、尽量靠近需除垢，防垢设备的进水口位置，循环系统应安装在循环管道上游位置，根据管线长度和结构情况选择投入设备数量，建议使用3台变频电磁阻除垢装置。
b、管道表面应清洁、平整、无覆盖物及保温层等。
c、如果管线已经结垢很严重，建议先清洗管线后再投入使用变频电磁阻除垢装置（最好是新管线或已经清洗过的管线）。
十、使用效果评价方法
1、直观法：
安装之前将管道清洗干净，运行一段时间以后打开连接处，直接观察确认结垢情况。
2、检测法：
定期取样检测处理液的硬度、离子含量，对比安装前后的数值。
3、压力法：
运行一段时间以后，确认上游、下游压力表的压力，对比安装前后的压差数值。
4、流量法：
运行一段时间以后，汇总处理液流量，对比安装前后的流量数值。
5、挂片法：
在法兰连接处安装挂片，一段时间以后取下称重，对比安装前后结垢量的变化。
升级会员 